глобальные системы связи и информации. Единая автоматизированная система связи (ЕАСС). Наличие огромного числа средств электро- и радиосвязи, предназначенных в конечном счете для передачи управляющего сигнала s{t), постепенно приводило к идее композиционного объединения разных средств в отдельные системы. И это стало своеобразной тенденцией современной РЭ. Так были созданы большие радиорелейные линии (РРЛ) связи, общая длина которых составляет десятки тысяч киломегров. В значительной степени реализованы связь и телевидение через искусственные спутники Земли. Бурными темпами идет подготовка к созданию волоконно-оптических (световодных) линий связи. Имеется развитая система электросвязи по кабельным линиям (в том числе с высокочастотным уплотнением) и др. Потребителю в общем совершенно безразлично, по какому из каналов связи приходит к нему сигнал. Его интересует своевременность получения информации, ее достоверность и высокое качество. Была выдвинута идея создания ЕАСС, в которой различные системы связи были бы объединены под общим «руководством» центральной и региональных систем ЭЦВМ и АВМ. Система управления ЕАСС осуществляет выбор оптимального пути сигнала с учетом загруженности системы, индекса приоритета абонентов и многих других обстоятельств.

Другим примером глобальной целенаправленной системы связи и оповещения может, служить международная служба КОСПАС (космическая система поиска аварийных судов и самолетов).

Проникновение идей и методов РЭ в самые разнообразные отрасли человеческой жизни и деятельности. В наше время трудно представить себе какую-нибудь область науки или техники, в которой с непременным успехом не использовались бы идеи и методы РЭ. Наиболее заметные открытия последних десятилетий в космонавтике, астрономии, химии, биологии, медицине и многих других отраслях связаны с применением РЭ. В свою очередь потребности развития этих наук ставят перед РЭ новые задачи и проблемы, способствуя тем самым дальнейшему прогрессу РЭ.

Глава I

ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОИС СВЧ

Сомнение должно быть не более, чем бдительность, иначе оно может стать опасным.

Г. К- Лихтенберг

В этой главе кратко излагаются фундаментальные основы электродинамики СВЧ, которыми в строгой постановке являются уравнения Максвелла с соответствующими дополнительными условиями, определяющими геометрию и физику базового элемента ОИС СВЧ.

§ 1.1. Система уравнений электродинамики

В соответствии с основными воззрениями современной классической макроскопической электродинамики электромагнитное поле в каждый момент времени характеризуется напряженностью электрического Е {г, f) и магнитного (г, t) полей, электрическим смещением D{r, t) и магнитной индукцией В {г, t). Эти величины являются векторными и связаны между собой системой дифференциальных уравнений Максвелла:

divZ) = 4jtp, (2)

rot£ + f = 0, (3)

divB = 0. (4)

Система уравнений (1)-(4) записана в классической гауссовой системе единиц, и с означает скорость света в вакууме, равную приблизительно З-Ю" см/с. Справа в уравнениях (1), (2) записаны токи / и заряды р (точнее, плотности токов и зарядов), являющиеся источниками электромагнитного поля. При этом важно помнить, что первичные источники У и р вовсе не обязательно имеют электромагнитную (а, например, механическую, химическую и т. п.) природу. Если среда, в которой рассматривается поле ЕН, является макроскопически неподвижной, то плотности тока и заряда

связаны уравнением непрерывности (закон сохранения электрического заряда)

dpjdt + div J = О, (5)

являющимся непосредственным следствием уравнений (1), (2).

Система уравнений Максвелла (1)-(4) должна быть дополнена системой материальных уравнений, определяющих связи между D,B и Е,Н и учитывающих «интегральное» действие реальной среды на электромагнитное поле. Для характеристики данной конкретной среды вводятся понятия диэлектрической в и магнитной р. проницаемости, а также удельной проводимости среды а, и тогда материальные уравнения в простейшем случае могут быть записаны так:

/> = е£, В = 1хН, J = gE. (6)

Последнее равенство в (6) представляет собой закон Ома в дифференциальной форме.

Система уравнений Максвелла (1) -(4) при рассмотрении реальных задач проектирования должна быть дополнена рядом условий, учитывающих особенности задачи, конструкцию элемента, свойства среды, расположение и особенности источников поля и т. п. Введение этих условий означает принятие ряда идеализации, разумных упрощений, которые облегчают получение результата в данном «нулевом» приближении. Это особенно важно в ОИС СВЧ в силу принципиальной трехмерности их конструкции, возможности ухода излучения в стороны от тракта обработки сигнала (из-за открытости как собственно волновода, так и БЭ) и мн. др. На следующем этапе решения, если результаты первого этапа по каким-то соображениям (например, недостаточная точность математической модели БЭ нулевого приближения и др.) не удовлетворяют условиям проектирования, необходимо ввести уточнения в постановку задачи и продолжить решение.

В ИС, ОИС широкое применение получила импедансная трактовка краевых задач. Пусть имеется некоторая область (объем) V, ограниченная произвольной (замкнутой или незамкнутой) поверхностью 5. В качестве 5 можно выбрать, например, сферу, внутри которой расположены объекты дифракции, источники электромагнитных (звуковых или иных) колебаний и т. п. Если обозначить через Ет; и Ях тангенциальные компоненты полного поля Е и Н т